JPH04233332A - Analog-digital converter - Google Patents

Analog-digital converter

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JPH04233332A
JPH04233332A JP3166467A JP16646791A JPH04233332A JP H04233332 A JPH04233332 A JP H04233332A JP 3166467 A JP3166467 A JP 3166467A JP 16646791 A JP16646791 A JP 16646791A JP H04233332 A JPH04233332 A JP H04233332A
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clock signal
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converter
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03M3/30Delta-sigma modulation
    • H03M3/39Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators
    • H03M3/412Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution
    • H03M3/414Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having multiple quantisers arranged in cascaded loops, each of the second and further loops processing the quantisation error of the loop preceding it, i.e. multiple stage noise shaping [MASH] type
    • H03M3/418Structural details of delta-sigma modulators, e.g. incremental delta-sigma modulators characterised by the number of quantisers and their type and resolution having multiple quantisers arranged in cascaded loops, each of the second and further loops processing the quantisation error of the loop preceding it, i.e. multiple stage noise shaping [MASH] type all these quantisers being single bit quantisers

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Abstract

PURPOSE: To modify a known integrator and a known analog-digital converter provided with oversampling and noise filtering so that they can be combined. CONSTITUTION: In an analog-digital converter which performs oversampling and has an analog input signal VIN, an analog output signal VOA, and digital output signals VOD and Q and is provided with at least three converter stages U1, U2, and U3 having the same constitution, converter stages U1, U2, and U3 are connected in series with respect to the analog input signal VIN and the analog output signal VOA, and the digital output signal VOD is led through differentiator stages V1, V2, A2, and A3 whose number is equal to the number of preceding connected converter stages and which are connected in series, and their outputs are added.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチド−キャパシ
タ技術でのノイズフィルタリングを有するオーバサンプ
リングするアナログ−ディジタル変換器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to oversampling analog-to-digital converters with noise filtering in switched-capacitor technology.

【0002】0002

【従来の技術】抵抗、トランジスタまたはコンデンサ回
路網を有する高分解能および高直線性のアナログ−ディ
ジタル変換器の実現は現在、なんらかの形式の平衡また
は補正によってのみ可能である。従って多くの用途に対
してオーバサンプリングおよびノイズフィルタリングを
有するアナログ−ディジタル変換器が1つの実施可能な
解決策をなしている。その際に、ナイキスト理論に基づ
いて必要なサンプリングレートよりも高いサンプリング
レートと小さい分解能とにより動作される。次いで、後
続のディジタルの、すなわち本質的に非臨界的なフィル
タのなかで小さい分解能の高周波の信号から高い分解能
の低周波の信号が得られる。オーバサンプリングにより
すべての量子化ノイズはより大きい周波数範囲にわたっ
て分散し、それによって信号帯範囲内のノイズが減少す
る。ノイズフィルタリングの際に量子化ノイズの一部分
は信号帯から他の周波数範囲にシフトされ、従って信号
帯のなかのSN比がさらに改善される。
BACKGROUND OF THE INVENTION The realization of high resolution and high linearity analog-to-digital converters with resistor, transistor or capacitor networks is currently only possible with some form of balancing or compensation. Therefore, for many applications, analog-to-digital converters with oversampling and noise filtering represent one viable solution. In this case, it is operated with a higher sampling rate and a lower resolution than is required based on Nyquist theory. A high resolution low frequency signal is then obtained from the low resolution high frequency signal in a subsequent digital, ie essentially non-critical, filter. Oversampling spreads any quantization noise over a larger frequency range, thereby reducing noise within the signal band. During noise filtering, a portion of the quantization noise is shifted from the signal band to another frequency range, thus further improving the signal-to-noise ratio within the signal band.

【0003】ノイズフィルタリングのために一般に積分
器回路が利用され、その際に積分器の次数の上昇により
SN比が改善される。しかし3次およびそれよりも高い
次数の積分器回路は本質的に安定でない。ヤスユキ・マ
ツヤ、クニハル・ウチムラ、アツシ・イワタ、ツトム・
コバヤシ、マサユキ・イシカワおよびタケシ・ヨシトメ
の論文“三重積分ノイズシェイピングを用いる16ビッ
ト−オーバサンプリング−アナログ−ディジタル変換技
術”、米国電気電子学会雑誌、固体回路編、第SC−2
2巻、第6号、第921〜929頁、1978年12月
から、オーバサンプリングおよび3次のノイズフィルタ
リングを有するアナログ−ディジタル変換器を1次の3
つの変換器のカスケード接続により、すなわち1次の積
分器によっても形成することは知られている。これらの
アナログ−ディジタル変換器では安定性の問題は全く生
じない。
Integrator circuits are generally used for noise filtering, the signal-to-noise ratio being improved by increasing the order of the integrator. However, third order and higher order integrator circuits are inherently unstable. Yasuyuki Matsuya, Kuniharu Uchimura, Atsushi Iwata, Tsutomu
Paper by Kobayashi, Masayuki Ishikawa, and Takeshi Yoshitome, “16-bit-oversampling-analog-to-digital conversion technology using triple integral noise shaping,” Journal of the Institute of Electrical and Electronics Engineers of America, Solid State Circuits Edition, Vol. SC-2.
From Volume 2, Issue 6, Pages 921-929, December 1978, converting an analog-to-digital converter with oversampling and third-order noise filtering into a first-order three-dimensional
It is known to form it by a cascade connection of two converters, ie also by a first-order integrator. No stability problems arise with these analog-to-digital converters.

【0004】パラメータ変動に対する不敏感性を一層高
めるため、公知のアナログ−ディジタル変換器は時定数
、たとえば積分器時定数の決定のためのRC要素により
実現されずに、スイッチド−キャパシタ技術で実現され
る。その際に時定数はもはや抵抗RおよびコンデンサC
の絶対的な大きさに関係せずに、それよりもはるかに小
さい変動を受ける2つのコンデンサの比に関係する。 オーバサンプリングを有するアナログ−ディジタル変換
器では原理的に高いクロック周波数により動作される。 積分器またはその際に使用される演算増幅器の帯域幅は
再び、各クロック周期の間に積分器または演算増幅器の
十分に正確なビルドアップを保証するため、特定の係数
だけこのクロック周波数の上に位置すべきであろう。そ
れによって積分器または演算増幅器の帯域幅は最高の処
理すべき周波数よりも相当に高く位置しなければならな
い。さらに、しかも、この変換器において生ずる、量子
化ノイズの減少に通ずる補償効果を達成するため、高い
無負荷増幅率も要求される。高い増幅率は特に集積され
たCMOS演算増幅器では非常に高い実現費用によって
、また速度を犠牲にして、従ってまた演算増幅器の帯域
幅を犠牲にしてのみ達成され得る。公知のアナログ−デ
ィジタル変換器における演算増幅器への要求をわずかに
保つためには、積分器において両付属コンデンサのキャ
パシタンス比が大きくされた。しかし、それによってア
ナログ−ディジタル変換器の駆動範囲は制約される。
In order to further increase the insensitivity to parameter variations, known analog-to-digital converters are not implemented with RC elements for determining the time constant, for example the integrator time constant, but with switched-capacitor technology. be done. In that case, the time constant is no longer the same as the resistance R and the capacitor C.
is not related to the absolute magnitude of , but is related to the ratio of the two capacitors, which is subject to much smaller fluctuations. In principle, analog-to-digital converters with oversampling are operated with high clock frequencies. The bandwidth of the integrator or operational amplifier used therein is again limited above this clock frequency by a certain factor to ensure a sufficiently accurate build-up of the integrator or operational amplifier during each clock period. It should be located. The bandwidth of the integrator or operational amplifier must therefore be located significantly higher than the highest frequency to be processed. Moreover, a high unloaded amplification factor is also required in order to achieve a compensation effect which leads to a reduction of the quantization noise occurring in this converter. High amplification factors, especially in integrated CMOS operational amplifiers, can only be achieved with very high implementation costs and at the expense of speed and thus also of the bandwidth of the operational amplifier. In order to keep the requirements on the operational amplifiers in known analog-to-digital converters low, the capacitance ratio of the two associated capacitors in the integrator was increased. However, this limits the drive range of the analog-to-digital converter.

【0005】K.Nagaraj 、T.R.Visw
anathan 、K.Singhal およびJ.V
lach の論文“増幅器ゲインへの感度を減ぜられた
スイッチド−キャパシタ回路”、米国電気電子学会論文
集、回路およびシステム編、第CAS−34巻、第5号
、1987年5月、第571〜574頁から、演算増幅
器の有限な無負荷増幅率の影響に対する敏感さが強く減
ぜられているスイッチド−キャパシタ技術は知られてい
る。この積分器では両クロック相で入力電圧が交互にそ
れぞれ1つのコンデンサに、すなわち第1または第2の
コンデンサに記憶される。各第2の相で次いで既に積分
ステップが行われ、また第1のコンデンサが第3のコン
デンサを介して放電される。演算増幅器の有限の無負荷
増幅率に起因して、その入力端にオフセット電圧および
オフセット電流が生じ、これらが第1のコンデンサの完
全な放電を妨げるので、この積分ステップは損失を伴う
。従って、演算増幅器の入力端の間に生ずる電圧が同時
に第4のコンデンサに記憶される。それに続くクロック
相で次いで本来の積分ステップが行われる。すなわち第
2のコンデンサが第5のコンデンサを介して放電される
。その際に第2のコンデンサは直接にではなく第4のコ
ンデンサを介して演算増幅器の負入力端と接続される。 演算増幅器の入力端におけるオフセット電圧がこうして
補償されるので、第2のコンデンサの完全な放電が行わ
れる。すなわち回路は、あたかも演算増幅器が無限の無
負荷増幅率を有するかのように挙動する。
[0005]K. Nagaraj, T. R. Visw
Anathan, K. Singhal and J. V
Lach's paper “Switched-capacitor circuits with reduced sensitivity to amplifier gain”, Proceedings of the Institute of Electrical and Electronics Engineers, Circuits and Systems, Vol. CAS-34, No. 5, May 1987, No. 571. From pages 574 to 574, switched-capacitor technology is known in which the sensitivity to the effects of the finite no-load amplification factor of operational amplifiers is strongly reduced. In this integrator, the input voltages are stored alternately in each of the two clock phases on one capacitor, ie on the first or second capacitor. In each second phase, an integration step is then already carried out and the first capacitor is discharged via the third capacitor. This integration step is lossy, since due to the finite no-load amplification factor of the operational amplifier, an offset voltage and an offset current occur at its input, which prevent a complete discharge of the first capacitor. Therefore, the voltage occurring across the inputs of the operational amplifier is simultaneously stored in the fourth capacitor. In the subsequent clock phase, the actual integration step then takes place. That is, the second capacitor is discharged via the fifth capacitor. In this case, the second capacitor is not connected directly, but via a fourth capacitor to the negative input of the operational amplifier. The offset voltage at the input of the operational amplifier is thus compensated, so that a complete discharge of the second capacitor takes place. That is, the circuit behaves as if the operational amplifier had infinite no-load amplification.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、オー
バサンプリングおよびノイズフィルタリングを有する公
知の積分器および公知のアナログ−ディジタル変換器を
、両者の組み合わせが可能であるように変更することで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the invention to modify the known integrator with oversampling and noise filtering and the known analog-to-digital converter in such a way that a combination of the two is possible. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この課題は請求項1によ
るアナログ−ディジタル変換器により解決される。本発
明の有利な実施態様は請求項2以下にあげられている。
This object is achieved by an analog-to-digital converter according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention are listed in the claims below.

【0008】[0008]

【発明の効果】本発明によるアナログ−ディジタル変換
器の利点は高い安定性、わずかな回路技術的費用、構成
部品変動および外部擾乱影響に対してのわずかな敏感さ
およびより大きい駆動範囲である。
The advantages of the analog-to-digital converter according to the invention are high stability, low circuit engineering outlay, low sensitivity to component variations and external disturbance influences, and a larger operating range.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面に示されている実施例により本発
明を一層詳細に説明する。図1による実施例は、オーバ
サンプリングおよび3次のノイズフィルタリングを有し
、3つの同一に構成されたそれぞれ1次の変換器段U1
、U2、U3から成るアナログ−ディジタル変換器を示
す。3つの変換器段U1、U2、U3の各々に2つの参
照電位VR1、VR2および5つのクロック信号A、B
、C、D、Eが与えられている。入力信号として変換器
段U1ではアナログ−ディジタル変換器の入力信号IN
が、変換器段U2では変換器段U1の出力信号VOAが
、変換器段U3では変換器段U2の出力信号VOAが与
えられている。変換器段U3の出力信号VODは一方で
は遅延要素V2の入力端に、また他方では加算器A3の
一方の入力端に与えられており、その他方の入力端は遅
延要素V2の出力端と接続されている。加算器A3の出
力端は加算器A1の一方の入力端に導かれており、その
他方の入力端は変換器段U2の出力信号VODにより駆
動される。加算器A1の出力端は一方では遅延要素V1
の入力端と、また他方では加算器A2の一方の入力端と
接続されており、その他方の入力端は遅延要素V1の出
力端に接続されている。一方の入力端で加算器A2の出
力端と接続されており、また他方の入力端に変換器段U
1の出力信号VODを与えられている加算器A4の出力
信号は、アナログ−ディジタル変換器の出力信号OUT
として用いられている。加算器A2と結び付いた遅延要
素V1または加算器A3と結び付いた遅延要素V2はそ
れぞれディジタル微分器段を形成する。微分器段は図示
されている実施例では、隣接する変換器段U1、U2、
U3のディジタル出力信号VODを導く出力端がそれぞ
れ微分器段を介して、それぞれ1ィジタル出力信号VO
Dと加わり、またそれぞれ後続の微分器段に供給される
ように互いに結合されるように接続されている。変換器
段U1、U2、U3のディジタル出力信号VODがそれ
ぞれ(前に接続されている変換器段の数に等しい)相応
の数の微分器段を介して導かれ、また次いで加え合わさ
れる構成例にくらべての利点は、微分器段の全数、従っ
てまた回路技術的費用が減ぜられることである。なぜな
らば、特に加算器A1およびA3またはA2およびA4
も相応の実施例ではそれぞれ1つの加算器としてまとめ
られ得るからである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be explained in more detail below with reference to embodiments shown in the drawings. The embodiment according to FIG. 1 has three identically configured converter stages U1 of each first order, with oversampling and third-order noise filtering.
, U2, U3. Two reference potentials VR1, VR2 and five clock signals A, B for each of the three converter stages U1, U2, U3
, C, D, and E are given. In converter stage U1 as input signal the input signal IN of the analog-to-digital converter
However, the output signal VOA of the converter stage U1 is applied to the converter stage U2, and the output signal VOA of the converter stage U2 is applied to the converter stage U3. The output signal VOD of converter stage U3 is applied on the one hand to the input of delay element V2 and on the other hand to one input of adder A3, the other input being connected to the output of delay element V2. has been done. The output of adder A3 is led to one input of adder A1, the other input being driven by the output signal VOD of converter stage U2. The output of the adder A1 is on the one hand the delay element V1
and on the other hand to one input of adder A2, the other input being connected to the output of delay element V1. It is connected at one input to the output of the adder A2 and at the other input to the converter stage U.
The output signal of the adder A4, which is given the output signal VOD of 1, is the output signal OUT of the analog-to-digital converter.
It is used as. Delay element V1 associated with adder A2 or delay element V2 associated with adder A3 each form a digital differentiator stage. The differentiator stages are, in the illustrated embodiment, adjacent converter stages U1, U2,
The output terminals leading to the digital output signal VOD of U3 each pass through a differentiator stage to produce one digital output signal VO.
D and are coupled together to feed each subsequent differentiator stage. A configuration example in which the digital output signals VOD of the converter stages U1, U2, U3 are each conducted via a corresponding number of differentiator stages (equal to the number of previously connected converter stages) and then summed. The advantage compared to is that the total number of differentiator stages and thus also the circuit engineering outlay is reduced. Because especially the adders A1 and A3 or A2 and A4
can each be combined as an adder in a corresponding embodiment.

【0010】変換器段U1、U2、U3はその際に同一
に構成されている。スイッチド・キャパシタ技術でのこ
のような変換器段Uの実施例は図2に示されている。入
力信号VINは一方では制御可能な電子スイッチS3を
介してコンデンサC1の一方の端子に、また他方では制
御可能な電子スイッチS4を介してコンデンサC2の一
方の端子に導かれている。コンデンサC1の前記一方の
端子にはさらに直列に制御可能な電子スイッチS2およ
び制御可能な電子スイッチS5を介して参照電位VR1
が接続され得る。相応にコンデンサC2の前記一方の端
子にはさらに直列に制御可能な電子スイッチS1および
制御可能な電子スイッチS6を介して参照電位VR2が
接続され得る。コンデンサC1の他方の端子とコンデン
サC3の一方の端子との間には制御可能な電子スイッチ
S7が、またコンデンサC2の他方の端子とコンデンサ
C3の他方の端子との間には制御可能な電子スイッチS
8が接続されている。さらにコンデンサC1の前記他方
の端子、コンデンサC2の前記他方の端子およびコンデ
ンサC3の前記一方の端子はそれぞれ制御可能な電子ス
イッチS9、S10またはS11を介して基準電位に接
続され得る。コンデンサC3の前記他方の端子は演算増
幅器OPの反転入力端と接続されており、その非反転入
力端は基準電位に接続されており、またその出力端は出
力信号VOAを導く。演算増幅器OPの出力端とその反
転入力端との間には負帰還回路網が接続されている。こ
れはコンデンサC4から成っており、その一方の端子は
制御可能な電子スイッチS12を介して基準電位に、ま
た制御可能な電子スイッチS13を介して反転入力端に
接続可能であり、またその他方の端子は演算増幅器OP
の出力端と接続されている。最後に演算増幅器OPの出
力端はコンデンサC5および制御可能な電子スイッチS
14の直列回路を介してコンデンサC3の前記一方の端
子と接続されている。この負帰還回路網に本発明の構成
例では別の負帰還回路網が並列に接続されている。これ
は演算増幅器OPの反転入力端と出力端との間に2つの
コンデンサC6およびC7の直列回路を有する。コンデ
ンサC6およびC7の互いに接続されている端子はさら
にそれぞれ制御可能な電子スイッチS15またはS16
を介して基準電位に接続可能である。この追加的な負帰
還回路網は、演算増幅器OPが制御可能な電子スイッチ
S12、S13、S14のスイッチング相の間で負帰還
されず、従って不安定であることを防止する。出力信号
VOAはコンパレータKOの反転入力端に導かれており
、その非反転入力端は基準電位に接続されており、また
その出力端にはメモリ要素として設けられているフリッ
プフロップFFが接続されている。フリップフロップF
Fの反転および非反転出力端はそれぞれクロック信号バ
ーQ(図では上線付きのQで示されている)またはQを
導き、その際にクロック信号Qは出力信号VODとして
も用いられている。
The converter stages U1, U2, U3 are then identically constructed. An embodiment of such a converter stage U in switched capacitor technology is shown in FIG. The input signal VIN is conducted on the one hand via a controllable electronic switch S3 to one terminal of the capacitor C1 and on the other hand via a controllable electronic switch S4 to one terminal of the capacitor C2. A reference potential VR1 is further connected to the one terminal of the capacitor C1 via a controllable electronic switch S2 and a controllable electronic switch S5 in series.
can be connected. Correspondingly, a reference potential VR2 can also be connected in series to said one terminal of the capacitor C2 via a controllable electronic switch S1 and a controllable electronic switch S6. A controllable electronic switch S7 is provided between the other terminal of capacitor C1 and one terminal of capacitor C3, and a controllable electronic switch S7 is provided between the other terminal of capacitor C2 and the other terminal of capacitor C3. S
8 are connected. Furthermore, the other terminal of the capacitor C1, the other terminal of the capacitor C2 and the one terminal of the capacitor C3 can each be connected to a reference potential via a controllable electronic switch S9, S10 or S11. The other terminal of the capacitor C3 is connected to the inverting input of the operational amplifier OP, its non-inverting input is connected to a reference potential, and its output leads to the output signal VOA. A negative feedback network is connected between the output of operational amplifier OP and its inverting input. It consists of a capacitor C4, one terminal of which can be connected to the reference potential via a controllable electronic switch S12 and to the inverting input via a controllable electronic switch S13, and the other terminal Terminal is operational amplifier OP
is connected to the output end of the Finally, the output of the operational amplifier OP is connected to a capacitor C5 and a controllable electronic switch S
It is connected to the one terminal of the capacitor C3 through 14 series circuits. In the configuration example of the present invention, another negative feedback network is connected in parallel to this negative feedback network. It has a series circuit of two capacitors C6 and C7 between the inverting input and the output of the operational amplifier OP. The mutually connected terminals of capacitors C6 and C7 are further connected to controllable electronic switches S15 or S16, respectively.
can be connected to a reference potential via. This additional negative feedback network prevents the operational amplifier OP from being negatively fed back and thus unstable between the switching phases of the controllable electronic switches S12, S13, S14. The output signal VOA is led to an inverting input terminal of a comparator KO, whose non-inverting input terminal is connected to a reference potential, and whose output terminal is connected to a flip-flop FF provided as a memory element. There is. flip flop F
The inverting and non-inverting outputs of F respectively lead to a clock signal Q (indicated in the figure by an overlined Q) or Q, with the clock signal Q also being used as the output signal VOD.

【0011】クロック信号Q、バーQはクロック信号A
、B、C、D、Eと同様に電子スイッチS1ないしS1
6を制御する役割をする。その際に電子スイッチS3お
よびS4ならびにコンパレータKOの制御のためにはク
ロック信号Aが、電子スイッチS6、S8、S11、S
13、S16ならびにフリップフロップFFの制御のた
めにはクロック信号Bが、電子スイッチS5およびS7
の制御のためにはクロック信号Cが、電子スイッチS9
の制御のためにはクロック信号Dが、また電子スイッチ
S10、S12、S14およびS15の制御のためには
クロック信号Eが用いられている。電子スイッチS1と
その際にクロック信号バーQにより、また電子スイッチ
S2はクロック信号Qにより制御される。
Clock signals Q and Q are clock signals A
, B, C, D, E as well as electronic switches S1 to S1.
It plays the role of controlling 6. In this case, for controlling electronic switches S3 and S4 and comparator KO, clock signal A is used to control electronic switches S6, S8, S11, S
13, S16 and the flip-flop FF, the clock signal B is used to control the electronic switches S5 and S7.
For the control of the clock signal C, the electronic switch S9
A clock signal D is used for the control of the electronic switches S10, S12, S14 and S15, and a clock signal E is used for the control of the electronic switches S10, S12, S14 and S15. The electronic switch S1 and thus the electronic switch S2 are controlled by the clock signal Q and the electronic switch S2 by the clock signal Q.

【0012】クロック信号A、B、C、DおよびEの経
過は時間tを横軸にとって図3に示されている。これら
のクロック信号は周期的である。すなわち特定の継続時
間のパルスが特定の時間間隔で繰り返して生ずる。クロ
ック信号A、BおよびCはその際に時間的に互いに、先
ず1つのパルスがクロック信号Aの際に生じ、それに続
いて1つのパルスがクロック信号Bの際に生じ、また再
びそれに続いて1つのパルスがクロック信号Cの際に生
ずるように配置されている。その後に再びクロック信号
Aの際に1つのパルスが生じ(以下同様)、その際にク
ロック信号A、BおよびCは重ならないようにビルドア
ップされている。すなわち1つのクロック信号の際のパ
ルスの減衰の後に初めて他のクロック信号の際のパルス
の上昇が行われる。重ならないクロック信号A、B、C
によりアナログ−ディジタル変換器の挙動への電子スイ
ッチの有限のスイッチング時間の影響が消去される。ク
ロック信号Dの際には、クロック信号Aのパルスと同時
に開始し、またクロック信号Bのパルスと同時に終了す
るパルスが発せられる。最後にクロック信号Eの際には
クロック信号Cのパルスと同時に開始し、またクロック
信号Aのパルスと同時に終了するパルスが発せられる。 これに対してクロック信号QおよびバーQに対しては正
確な時間的対応付けを示す必要はない。なぜならば、こ
れらのクロック信号は入力信号VINにも関係するから
である。最後に言及すべきこととして、別の変換器段お
よび付属の微分器段の追加により、より高い次数の安定
なオーバサンプリングするアナログ−ディジタル変換器
が実現される。
The course of the clock signals A, B, C, D and E is shown in FIG. 3 with time t on the horizontal axis. These clock signals are periodic. That is, pulses of a specific duration occur repeatedly at specific time intervals. Clock signals A, B and C are then mutually temporally such that first one pulse occurs during clock signal A, then one pulse occurs during clock signal B, and again following one. Two pulses are arranged to occur during clock signal C. Thereafter, one pulse occurs again in the case of clock signal A (and so on), and at this time clock signals A, B, and C are built up so that they do not overlap. That is, only after the decay of the pulses of one clock signal does the rise of the pulses of the other clock signal take place. Non-overlapping clock signals A, B, C
This eliminates the influence of the finite switching time of the electronic switch on the behavior of the analog-to-digital converter. During clock signal D, a pulse is emitted that starts at the same time as the pulse of clock signal A and ends at the same time as the pulse of clock signal B. Finally, in the case of clock signal E, a pulse is emitted which starts at the same time as the pulse of clock signal C and ends at the same time as the pulse of clock signal A. For clock signals Q and Q, on the other hand, it is not necessary to indicate a precise temporal correspondence. This is because these clock signals are also related to the input signal VIN. Finally, it should be mentioned that by adding another converter stage and an attached differentiator stage, a higher order stable oversampling analog-to-digital converter is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】スイッチド−キャパシタ技術でのオーバサンプ
リングおよびノイズフィルタリングを有する本発明によ
るアナログ−ディジタル変換器の実施例のブロック回路
図。
1 is a block diagram of an embodiment of an analog-to-digital converter according to the invention with oversampling and noise filtering in switched-capacitor technology; FIG.

【図2】図1によるアナログ−ディジタル変換器におけ
る本発明による変換器段。
2 shows a converter stage according to the invention in the analog-to-digital converter according to FIG. 1; FIG.

【図3】図1によるアナログ−ディジタル変換器のクロ
ック信号の時間的経過。
FIG. 3 shows the time course of the clock signal of the analog-to-digital converter according to FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A〜E    クロック信号 A1〜A4    加算器 FF    フリップフロップ KO    コンパレータ OP    演算増幅器 Q、バーQ    クロック信号 S1〜S16    制御可能なスイッチU1〜U3 
   変換器段 V1、V2    遅延要素 VIN    入力信号 VOA    アナログ出力信号 VOD    ディジタル出力信号 VR1、VR2    参照電位
A to E Clock signals A1 to A4 Adder FF Flip-flop KO Comparator OP Operational amplifier Q, bar Q Clock signals S1 to S16 Controllable switches U1 to U3
Converter stage V1, V2 Delay element VIN Input signal VOA Analog output signal VOD Digital output signal VR1, VR2 Reference potential

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  それぞれアナログ入力信号(VIN)
により駆動され、またそれぞれアナログ出力信号(VO
A)およびディジタル出力信号(VOD、Q)を出力す
る、同一に構成された少なくとも3つの変換器段(U1
、U2、U3)を有するオーバサンプリングするアナロ
グ−ディジタル変換器において、変換器段(U1、U2
、U3)がアナログ入力信号(VIN)およびアナログ
出力信号(VOA)に関して直列に接続されており、変
換器段(U1、U2、U3)のディジタル出力信号(V
OD)がそれぞれ、それぞれ前に接続されている変換器
段(U1、U2)の数に等しい数の直列に接続されてい
る微分器段(V1、V2、A2、A3)を介して導かれ
、かつ加え合わされ、変換器段(U1、U2、U3)が
それぞれ、そのつどの変換器段(U1、U2、U3)の
アナログ出力信号(VOA)を出力端に与える演算増幅
器(OP)と、演算増幅器(OP)の後に接続されてい
るコンパレータ(KO)と、コンパレータ(KO)の後
に接続されており、そのつどの変換器段(U1、U2、
U3)のディジタル出力信号(VOD)を出力端に与え
るメモリ要素(FF)とを有し、変換器段(U1、U2
、U3)のなかでそれぞれアナログ入力信号(VIN)
が一方では第1の制御可能なスイッチ(S3)を介して
第1のコンデンサ(C1)の一方の端子に、また他方で
は第4の制御可能なスイッチ(S4)を介して第2のコ
ンデンサ(C2)の一方の端子に導かれ、第1のコンデ
ンサ(C1)の前記一方の端子にはさらに直列に第2お
よび第3の制御可能なスイッチ(S2、S5)を介して
第1の参照電位(VR1)が接続可能であり、また第2
のコンデンサ(C2)の前記一方の端子にはさらに直列
に第5および第6の制御可能なスイッチ(S1、S6)
を介して第2の参照電位(VR2)が接続可能であり、
変換器段(U1、U2、U3)のなかでそれぞれ第1の
コンデンサ(C1)の他方の端子は一方では第7の制御
可能なスイッチ(S9)を介して基準電位に、また他方
では第8の制御可能なスイッチ(S7)を介して基準電
位に通ずる第9の制御可能なスイッチ(S11)と第3
のコンデンサ(C3)の一方の端子とに接続されており
、第3のコンデンサ(C3)の他方の端子は演算増幅器
(OP)の反転入力端と接続されており、変換器段(U
1、U2、U3)のなかでそれぞれ第2のコンデンサ(
C2)の他方の端子は一方では第10の制御可能なスイ
ッチ(S10)を介して基準電位に、また他方では第1
1の制御可能なスイッチ(S8)を介して演算増幅器(
OP)の反転入力端に接続されており、変換器段(U1
、U2、U3)のなかでそれぞれ演算増幅器(OP)の
出力端は一方では直列に第12の制御可能なスイッチ(
S14)および第4のコンデンサ(C5)を介して第3
のコンデンサ(C3)の前記一方の端子に、また他方で
は第5のコンデンサ(C4)を介して、基準電位に通ず
る第13の制御可能なスイッチ(S12)と、演算増幅
器(OP)の反転入力端と接続されている第14の制御
可能なスイッチ(S13)とに接続されており、変換器
段(U1、U2、U3)のなかで第1および第4のスイ
ッチ(S3、S4)が第1のクロック信号(A)により
、第6、第9、第11および第14のスイッチ(S6、
S11、S8、S13)が第2のクロック信号(B)に
より、第3および第8のスイッチ(S5、S7)が第3
のクロック信号(C)により、第7のスイッチ(S9)
が第4のクロック信号(D)により、第10、第12お
よび第13のスイッチ(S10、S12、S14)が第
5のクロック信号(E)により、第5のスイッチ(S1
)が反転されたディジタル出力信号(バーQ)により、
また第2のスイッチ(S2)がディジタル出力信号(Q
)により制御され、第1、第2および第3のクロック信
号(A、B、C)として、次々と生じ、周期的に繰り返
し、またそれぞれ対応付けられているスイッチを導通状
態にするパルスが用いられており、また第4および第5
のクロック信号(D、E)として、第1のクロック信号
(A)のパルスにより開始しかつ第2のクロック信号(
B)のパルスにより終了し、または第3のクロック信号
(C)のパルスにより開始しかつ第1のクロック信号(
A)のパルスにより終了する、それぞれ対応付けられて
いるスイッチを導通状態にするパルスが用いられている
ことを特徴とするアナログ−ディジタル変換器。
[Claim 1] Each analog input signal (VIN)
are driven by analog output signals (VO
At least three identically configured converter stages (U1
, U2, U3), the converter stages (U1, U2
, U3) are connected in series with respect to the analog input signal (VIN) and the analog output signal (VOA), and the digital output signal (V
OD) are each conducted through a number of series-connected differentiator stages (V1, V2, A2, A3) equal to the number of converter stages (U1, U2) respectively connected before; and an operational amplifier (OP) which is added and each converter stage (U1, U2, U3) supplies at its output the analog output signal (VOA) of the respective converter stage (U1, U2, U3); A comparator (KO) connected after the amplifier (OP) and a comparator (KO) connected after the comparator (KO) for the respective converter stage (U1, U2,
a memory element (FF) which provides the digital output signal (VOD) of the converter stage (U1, U2
, U3), each analog input signal (VIN)
is connected on the one hand to one terminal of the first capacitor (C1) via the first controllable switch (S3) and on the other hand to the second capacitor (C1) via the fourth controllable switch (S4). C2) and said one terminal of the first capacitor (C1) is further connected in series to a first reference potential via a second and third controllable switch (S2, S5). (VR1) can be connected, and the second
A fifth and a sixth controllable switch (S1, S6) are further connected in series to the one terminal of the capacitor (C2).
A second reference potential (VR2) can be connected via
The other terminal of the first capacitor (C1) in each converter stage (U1, U2, U3) is connected on the one hand to the reference potential via the seventh controllable switch (S9) and on the other hand to the eighth a ninth controllable switch (S11) communicating with the reference potential via a controllable switch (S7);
The third capacitor (C3) is connected to one terminal of the third capacitor (C3), and the other terminal of the third capacitor (C3) is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier (OP).
1, U2, U3), the second capacitor (
The other terminal of C2) is connected to the reference potential via a tenth controllable switch (S10) on the one hand and to the first controllable switch (S10) on the other hand.
1 controllable switch (S8) to the operational amplifier (
is connected to the inverting input terminal of the converter stage (U1
, U2, U3), the output of the operational amplifier (OP) is connected in series with a twelfth controllable switch (
S14) and the third capacitor (C5) via the fourth capacitor (C5).
a thirteenth controllable switch (S12) which leads to the reference potential on one terminal of the capacitor (C3) and on the other hand via the fifth capacitor (C4) and the inverting input of the operational amplifier (OP). a fourteenth controllable switch (S13) connected to the end, and the first and fourth switches (S3, S4) in the converter stage (U1, U2, U3) 1 clock signal (A), the sixth, ninth, eleventh and fourteenth switches (S6,
S11, S8, S13) are activated by the second clock signal (B), and the third and eighth switches (S5, S7) are activated by the third clock signal (B).
The clock signal (C) causes the seventh switch (S9) to
is activated by the fourth clock signal (D), the tenth, twelfth, and thirteenth switches (S10, S12, S14) are activated by the fifth clock signal (E), and the fifth switch (S1) is activated by the fifth clock signal (E).
) is inverted by the digital output signal (bar Q),
Also, the second switch (S2) outputs the digital output signal (Q
), and the first, second and third clock signals (A, B, C) are pulses that occur one after another, repeat periodically, and turn on the respective associated switches. The fourth and fifth
The clock signals (D, E) of the first clock signal (A) start with a pulse of the first clock signal (A) and the second clock signal (D, E) starts with a pulse of the first clock signal (A).
B) or starts with a pulse of the third clock signal (C) and starts with a pulse of the first clock signal (C).
An analog-to-digital converter, characterized in that a pulse is used which brings the respective associated switch into conduction, terminating with the pulse of A).
【請求項2】  変換器段(U1、U2、U3)におい
てそれぞれ演算増幅器(OP)の出力端が第7のコンデ
ンサ(C7)の一方の端子と接続されており、また演算
増幅器(OP)の反転入力端が第6のコンデンサ(C6
)の一方の端子と接続されており、第6および第7のコ
ンデンサ(C6、C7)の他方の端子が互いに接続され
ており、また一方は第2のクロック信号(B)によりま
た他方は第5のクロック信号(E)により制御される2
つの並列接続されたスイッチ(S15、S16)を介し
て基準電位に接続可能であることを特徴とする請求項1
記載のアナログ−ディジタル変換器。
2. In the converter stages (U1, U2, U3), the output terminal of each operational amplifier (OP) is connected to one terminal of a seventh capacitor (C7), and the output terminal of the operational amplifier (OP) is connected to one terminal of a seventh capacitor (C7). The inverting input terminal is connected to the sixth capacitor (C6
), and the other terminals of the sixth and seventh capacitors (C6, C7) are connected to each other, one by the second clock signal (B) and the other by the second clock signal (B). 2 controlled by the clock signal (E) of 5
Claim 1, characterized in that it is connectable to a reference potential via two parallel-connected switches (S15, S16).
The analog-to-digital converter described.
【請求項3】  第1、第2および第3のクロック信号
(A、B、C)のパルスが重ならないことを特徴とする
請求項1または2記載のアナログ−ディジタル変換器。
3. Analog-to-digital converter according to claim 1, characterized in that the pulses of the first, second and third clock signals (A, B, C) do not overlap.
【請求項4】  隣接する変換器段(U1、U2、U3
)のディジタル出力信号(VOD)を導く出力端は、そ
れぞれ微分器段(V1、V2、A2、A3)を介して、
それぞれ微分器段(V1、V2、A2、A3)の出力信
号が変換器段(U1、U2、U3)のディジタル出力信
号(VOD)と加えられ、またそれぞれ後続の微分器段
(V1、A2)に供給されるように互いに接続されてい
ることを特徴とする請求項1ないし3の1つに記載のア
ナログ−ディジタル変換器。
4. Adjacent converter stages (U1, U2, U3
) leads to a digital output signal (VOD) through a differentiator stage (V1, V2, A2, A3), respectively.
The output signal of each differentiator stage (V1, V2, A2, A3) is added with the digital output signal (VOD) of the converter stage (U1, U2, U3) and the respective subsequent differentiator stage (V1, A2) 4. Analog-to-digital converters according to claim 1, characterized in that they are connected to each other in such a way that the converters are supplied with one another.
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